一种采用重物平衡的电动栏杆设计说明书 27页

本科生毕业论文（设计）一种采用重物平衡的电动栏杆的设计学院：专业：班级：学生姓名：指导老师： 完成曰期:摘要机械工业是一个国家的重要产业，机械工业的发展无时不刻都在影响着国家经济的发展，人类的进步离不开机械工业的发展。在全球经济发展的大环境下，中国各个行业被其他国家的先进技术影响的同时，越来越多的外国企业和品牌传播到中国己经成为现实。在新的市场需求的推动不，对采用重物平衡的电动栏杆进行改良和优化是当务之急。生产采用重物平衡的电动栏杆的企业，必须充分考虑到在采用重物平衡的电动栏杆运行中可能出现的问题，尽量使采用重物平衡的电动栏杆的自动化程度越高越好，从而减少人工时间，国内采用重物平衡的电动栏杆的研发及制造要与全球号召的高效经济、安全稳定主题保持一致。目前，国内采用重物平衡的电动栏杆的研发也在向朝着运行高速化、功能复合化、控制智能化的方向发展，廉价，简单，方便成了采用重物平衡的电动栏杆发展的主题。木次设计在题目是采用重物平衡的电动栏杆的设计，通过初期的制定该电动栏杆的方案，然后进行细化，对标准件例如电动缸、轴承进行选型计算，然后对该电动栏杆里而的关键零部件例如机架和轴等进行校核计算分析，通过这一系列的论证，从而来证明该电动栏杆的可行性和可借鉴性。 关键i司：采用重物平衡的电动栏杆，方案，校核，分析 商丘工学院本科生毕业论文（设汁）AbstractMachineryindustryisanimportantindustryofacountry，thedevelopmentofthemachineryindustryhasbeenaffectingthedevelopmentofthenationaleconomy，human’sprogresscannotbeseparatedfromthedevelopmentofthemechanicalindustry.Intheglobaleconomicdevelopmentenvironment，China’svariousindustriesareaffectedbytheadvancedtechnologyofothercountriesatthesametime，moreandmoreforeignenterprisesandbrandspreadtoChinahasbecomeareality.Inthepromotionofthenewmarketdemand，theproductionlineofthecarferryforimprovementandoptimizationisapressingmatterofthemoment.Productionlineferrycarenterprisesmustgivefullconsiderationtotheproblemsthatmayariseintheproductionlineferrycarrunning,trytomaketheautomationofproductionlinecarferry，thehigherthebetter，soastoreducethetimeofmanualhandlingproducts，domesticproductionlineferrycarresearchandmanufacturingtoandcallforaglobal，economic，safeandstablethemeconsistent.Atpresent，theresearchanddevelopmentofdomesticproductionlineferrycaralsototowardhigh-speedoperation，multiplefunctions，controlthedirectionofthedevelopmentofintelligent，cheap,simpleandconvenienttothethemeoftheproductionlineferrycardevelopment.Thisdesigntopicisferrycarproductionlinedesign,throughtheearlyestablishmentoftheferrycarschemeandrefinement，ofstandardpartssuchasbearingmotorsandmadetheselectionandcalculation,thenontheferrycarkeypartssuchastheframeandtheaxleandcheckingcalculationandfiniteelementanalysis，throughthisaseriesofprooftoprovethefeasibilityofthisproductionline，theswingcarandreference.Keywords：productionlineferrycar;scheme;check;finiteelementanalysis in 目录»TAbstractTT1雜11.1课题的来源与研究的0的和意义11.2本课题研究的内容21.3国内外发展现状32采用重物平衡的电动栏杆总体结构的设计42.1重物平衡的电动栏杆的总体方案图42.2采用重物平衡的电动栏杆的工作原理52.3机械部分的设计计算62.3.1电动缸的选型计算82.3.2轴承的设计计算102.3.3轴的设计112.3.4键的选型计算113各主要零部件强度的校核133.1机架强度的校核与计算153.2传动轴强度的校核计算173.3轴承强度的校核计算184设计总结20剧仑21至嫌2223 商丘工学院本科生毕业论文(设计)1绪论1.1课题的来源与研宄的目的和意义我国生产的采用重物平衡的电动栏杆结构简陋，工作效率始终不高，虽然经过几十年的发展，近期产品的质量较早期有所提高。但受国产配套件质量及设计水平等的影响，我国0前生产的采用重物平衡的电动栏杆的总体水平与进U产品及港U用户的要求仍有较大差距，采用重物平衡的电动栏杆的生产也是如此，为满足市场需求，开发出一种新型的采用重物平衡的电动栏杆很有必要。相信此种采用重物平衡的电动栏杆的出现将会大大提高电动栏杆的品牌力量，为生产电动栏杆企业的生产的年产能方面，以及经济效益方面能够带來显著的进步，同时也在某种程度上推进Y机械工业的不断发展。随着国际标准化(SIO)的实施，世界采用重物平衡的电动栏杆的生产以采用新材料、新技术、新工艺、新结构为基础，19世纪80年代，美国的HUGER公司将新开发的采用重物平衡的电动栏杆应用到该公司的子公司——个需要电动栏杆进行辅助作业的机械公司，经过几年的运行，为该公司创造了不菲的利润。继美国HUGER公司之后，德国的DEST0公司也看到了采用重物平衡的电动栏杆的利润所在，投入了相当大的人力和精力来开发研制采用重物平衡的电动栏杆，并且与二十世纪中期投入到了北美等市场。当前，全世界各大机械人厂商为了提高产品的竞争力，都大力进行采用重物平衡的电动栏杆的研发工作。现在国外等著名采用重物平衡的电动栏杆的品牌屮，都有采用重物平衡的电动栏杆的销售，全世界采用重物平衡的电动栏杆的应用越来越广泛。有一点值得注意的是，采用重物平衡的电动栏杆的市场，由最初的日本，欧洲，己经渗透到北美市场，因此采用重物平衡的电动栏杆是当今棒料生产加工企业比配的设备已经成为主要趋势。西方资本主义国家有巨大的采用重物平衡的电动栏杆销售市场，机械人工业是西方资本主义国家的机械工业之一。随着我国经济快速发展，城市人口不断增多和口益火爆的商业，房地产口益増多,传统排气管道存在容易破损、强度不好等不足，另外传统的排气管道大多为手工制作，工序需要人工，产品质量不一，生产能力无法满足日益增多的市场需求，将制约预制排气道行业的发展。因此工厂开始使用新型预制厨卫排气管道自动化生产线。电动栏杆是形成可循环自动化生产线的重要组成部分。电动栏杆是工厂及其它工业运 输的主要设备之一，广泛应用于炼金，煤矿等行业。在自动生产线上，工序之间的产品常用电动栏杆来转运，电动栏杆能够及时、安全、可靠地将货物从一个地方转运到预定的位置。各工序之间的物品常用有轨电动栏杆来转运。排气管道靠人工搬运，不仅效率低，工人的人生安全也难以得到保障，不利于车间快速化的生产流程。电动栏杆的设计，对于解放繁重的体力劳动，提高劳动生产率，降低排气管道生产成本和保证生产安全，增加工厂经济收益有着重要意义。目前机械式采用重物平衡的电动栏杆将逐渐被全自动采用重物平衡的电动栏杆所代替。传统的机械式的采用重物平衡的电动栏杆己经不能完全满足当今市场的需要，迫切需要各种多功能的采用重物平衡的电动栏杆来满足市场需求，如是福建金明公司加大人力开发出了五个规格十四种类型的采用重物平衡的电动栏杆，然而我国机械人业所需的采用重物平衡的电动栏杆全部依赖进口，这使得国产机械人配备采用重物平衡的电动栏杆后，成本增加很人，而装备自行幵发生产采用重物平衡的电动栏杆,其成本提高不大，说明采用重物平衡的电动栏杆的市场前景令人乐观。传统的电动栏杆的产品图如下图1、图2所示：图1 商丘工学院本科生毕业论文(设计)图21.2本课题研宄的内容1.2本课题研究的内容本次设计主要针对采用重物平衡的电动栏杆进行设计，从采用重物平衡的电动栏杆的整体方案出发，然后具体细化出具体内部结构，其具体内部结构主要包括以卜几个方面：(1)通过网络和图书馆查找各种关于采用重物平衡的电动栏杆的相关资料，对电动栏杆进行方案的比较和预定。(2)分析采用重物平衡的电动栏杆的结构与参数(3)确定设计总体方案(4)确定具体设计方案(5)采用重物平衡的电动栏杆图纸的绘制。(6)说明书的整理1.3国内外发展状况目前国外特别是美国正在考虑发展电动栏杆的功用最大化，结构最优化的问题。自“九•五”期间电动栏杆的开发和研制已经被列入美国的重大科技攻关计划，以跟踪世界技术的发展和开发适合美国机械工业发展的电动栏杆。我国从1953年开始生产电动栏杆，于1958年自行设计制造栏杆长度在1500、 1700、3000、4000、5000型等规格的电动栏杆之后，为了适应客户的需要，1959年又制造/5500、7000、8000型等大规格的电动栏杆。为了满足电动栏杆生产工业发展需要，我国于1970年研制了大型电动栏杆。经运转实践证明效果很好。同年，福建的金明公司更是大量引入外来技术人才，全身心地投入到了电动栏杆的研发中，利用丰富的人力资源和设备，研发出了多功能的电动栏杆，与同年12月也投入市场，获得了非常大的经济利润。目前机械式电动栏杆将逐渐被全自动电动栏杆所代替。传统的机械式的电动栏杆己经不能完全满足当今市场的需要，迫切需要各种多功能的电动栏杆来满足市场需求，如是福建金明公司加大人力开发出了五个规格十四种类型的电动栏杆，然而我国机械人业所需的电动栏杆全部依赖进口，这使得国产机械人配备电动栏杆后，成本增加很大，而装备自行开发生产电动栏杆，其成本提高不大，说明电动栏杆的我国的电动栏杆是依赖于柔性制造系统的发展，几十年以来，市场对产品数量的要求的提高和计算机技术的迅猛发展，且现代制造技术越来越受到重视，所以对自动化生产的要求也越来越高，而作为关键部分的电动栏杆必将得到迅速发展和广泛应用，比如说：铁道路口、学校门口、公司门口等场合得到了越来越广泛和深入的应用。我们在2002来自于王健的以前的资料，他数十年的废寝忘食建造了一个简单的采用重物平衡的电动栏杆，开纯栏杆时代。王健更设计出多功能复合采用重物平衡的电动栏杆，在这之后，台湾教授颜洪森以传动的采用重物平衡的电动栏杆为基础，开发了一系列的采用重物平衡的电动栏杆，如四连杆式，六连杆式等等采用重物平衡的电动栏杆，查建中和其他人一起以凸轮机构为对象，共同钻研考虑怎样改良按压力引发的角度以及零部件的分理。总之，传统的对象加上科学的分析和先进的理论，使得采用重物平衡的电动栏杆在国内的研究范围和深度得到/极大的丰富和发展。何人最先取得此项专利己无可知晓，只了解到外国科学家在十九世纪末建造出了一部类似于采用重物平衡的电动栏杆的机械，整体部分是用齿轮以及连接杆件机构组装，但是却没有做出实物来加以佐证.20世纪初又有人运用齿轮以及连接杆件体系制造出类似的采用重物平衡的电动栏杆，然而相关资料中并没有找到对这个作品的介绍，所以那个时候有关采用重物平衡的电动栏杆的研究还仅能思组成以及运动起來的规律。同期，又有两位发明家麦吉以及弗兰科创作了首部彻底用计算机操纵的采用重物平衡的电动栏杆。接下来几年有关此机器的设计被充分的融入了运行操纵理论。 1979年席罗思在行进采用重物平衡的电动栏杆里加入了操纵水平行走的仪器，同样在腿上加入Y保持和校对偏向的装置。20世纪末布朗、罗布特以及莎普恩斯研究丫加入了液压部件和直流电机的相应采用重物平衡的电动栏杆。这都意味着人类对机械体系的认识己从简单的考虑迈入了整体操纵、计算机和高新科技的相互融汇贯通的康庄大道。从广阔的视野、各种各样的活动，还有和学术报告、规范标准以及男外别的角度的的详细内容，我们得到了包含定位、性质以及应用采用重物平衡的电动栏杆的大环境。采用重物平衡的电动栏杆己发展到注重提高生产效率，成品质量稳定性。最近，超多的市场己经建立了采用重物平衡的电动栏杆的商业用途，像采用重物平衡的电动栏杆，它的应用己经渗透到家庭家居生活等。出色的采用重物平衡的电动栏杆技术不仅实现创建一个新的市场，也为提高人们的生活水品做出了非常重要的贡献。在一个国家或地区有采用重物平衡的电动栏杆具有普遍偏向的方式。今后，会更加流行正在蓬勃发展的采用重物平衡的电动栏杆。OMG国标早就认可中介范例，TSO资质也授与了能减少劳动力的采用重物平衡的电动栏杆。即使在大规模对产品进行去皮的活动，这是越来越多的采用重物平衡的电动栏杆的使用。根据采用重物平衡的电动栏杆技术应用在通讯，家电，汽车，医疗设备和其他，采用重物平衡的电动栏杆已被广泛认可。它是一种动力，看来像它会导致一个新的行业。采用重物平衡的电动栏杆研发情况固然都在被上述所整理，然而这些仍然是显示出要把采用重物平衡的电动栏杆推向消费者。欧美等发达国家成立有相应计划，木国也需求更好的战略，方能维持积极地有力发展。新服务采用重物平衡的电动栏杆对于市场具有应用性很强的领域，比如孜孜不倦的创新产品、医疗项目、相关福利以及防不胜防的自然性或人为性灾难。在男一方面，虽然产自日本的工业采用重物平衡的电动栏杆依然是行业里最好的，但其他国家都在奋起直追。在关于实际使用中，美国提出了很多观点。在美国有建立国家计划项目，欧洲也是，如HorizOn2020,我们的国家也需要更好的政策，才能保持健康的发展前景。 2采用重物平衡的电动栏杆总体结构的设计2.1采用重物平衡的电动栏杆的总体方案图采用重物平衡的电动栏杆主要应用于公司门口、学校大门、铁道路口等场合，通常传统的栏杆都是要靠人工来使它提升，而本次设计的电动栏杆即可以通过人工提升也可以通过电动提升，该采用重物平衡的电动栏杆主要由机架、钢丝绳轮、栏杆，电动缸、安装座组成，其总体方案图如下图1-1所示：1-1采用重物平衡的电动栏杆总体方案图2.2采用重物平衡的电动栏杆的工作原理本次设计的采用重物平衡的电动栏杆主要是靠电动缸驱动钢丝绳轮转动，从而通过钢丝绳轮传递动力到栏杆，在杠杆原理的作用下实现电动栏杆的升级下那个。该电动栏杆可以实现手动和自动的功能，由于电动栏杆重量轻，所以人工只要用手轻轻地拉动钢丝绳，就可以轻松地实现栏杆的升降。2.3机械部分的设计计算2.3.1电动缸的设计计算采用重物平衡的电动栏杆的动作主要是靠电动缸来完成的，由系统工况可知，假设栏杆的重量我们假定为200KG,假定电动栏杆的移动速度为3.5s/m,则有下列计算：F=Mg=200x9.8=1960N. 功率P=FXV=1960x0.3=6533w=6.5kw电机扭矩T=9550P/n=9550x6.5/1400=44N.m 商丘工学院本科生毕业论文(设计)则电动缸扭矩T®=TXiXn=44X1X0.98=43.12N.m.由式F=2jtnT/T可得电动缸推力为200N,其中，n是传递效率，I是导程。栏杆零件图如下图1-3所示：图1-3栏杆零件图2.3.2轴承的设汁计算已知轴承预计寿命20X365X8=58400小时；(1)己知nll=458.2r/min两轴承径向反力:FRl=FR2=500.2N；初先两轴承为深沟球轴承6208型。根据课本P265(11-12)得轴承内部轴向力FS=0.63FR则FS1=FS2=O.63FR1=315.IN；(2)7FSl+Fa=FS2Fa=0故任意取•一端为压紧端，现取1端为压紧端FA1=FS1=315.1NFA2=FS2=315.1N;(3)计算当量载荷Pl、P2根据课本P263表(11-9)取fP=1.5;根据课本P262(11-6)式得Pl=fp(xlFRl+ylFAl)=1.5X(lX500.2+0)=750.3N；P2=fp(x2FR1+y2FA2)=1.5X(1X500.2+0)=750.3N；(4)轴承寿命计算•••P1=P2故取P=750.3N；Y深沟球轴承e=3；2.3.3轴的设计轴作为机器的一个关键组成部分，其为各类传动部件的安装，传动的扭矩和旋 转运动围绕轴进行，而且经过轴承和机架连接。为了满足定位轴上的紧固件和容易加商丘工学院本科生毕业论文(设计)工和装配的轴类零件和拆卸，通常轴设计成阶梯轴。轴系的零件是由轴和它上边的零部件构成一个装配体系，研宂轴的过程屮不仅要研宂轴体自己的数据，还要将系统里的全部零部件融合在一起。因为用于振动的传递的轴体不仅要传送扭矩，还得经受住弯矩，是以木人研究的阶梯性轴是转动轴。因为确定了小带轮的参数，相应的大带轮随之确定。接下来的工作就是计算轴体的直径了。轴体的研宂需要凭借扭转强度来调整弯曲的强度，因为可用作轴的原料比较多，所以必须得明确轴的应用环境，还有规定诸如刚度，强度以及别的机构机能。可以使用热处理这种方法，当然也要琢磨怎样使加工简单并且花费较少，用研究计算所得的数据以确定轴体的用料，故采取45号钢当成轴体的原料，它需要40MPa的切应力。然后需要做正火或者调质处理来确保它的力学性能。2.3.4键的设计计算键联结是通过键实现轴和轴上零件的周向固定以传递运动和转矩。其中有类型也可以实现轴向固定和传递轴向力，有些类型并能实现轴向动联结，于在圆锥筛的轴上主要通过键来实现传递转矩和轴向固定所以，只需选用常见的普通平键，键的类型可根据使用要求、工作条件和联结的结构特点表5-3-15选定，键的长度根据轴毂的长度从标淮中选取，键的bXh根据径来确定。轴和带轮的联结，d=70mm,参考资料2P5-194表5-3-18(GB/T1095-1979)选用B20X12，B18X11和B12X8的普通A型平键，键长分别为90mm，70mm,30mm。3各主要零部件强度的校核3.1机架强度的校核与计算机架的选择根据整个系统的总重量来定，方管机架受力分析得出，由分析得出底架在平衡状态下只受地面对其的支撑力和在其表面上物体所给的压力。见下图： 即物料和底架上而的所有零部件等等给的压力为G=20000N(lOOOOKg)+(1000X20N)=30000N;商丘工学院本科生毕业论文（设汁）根据方管承载力计算公式：M=Pac/LbxhxhxhW=12（仅用于截面）f=M/WS材料的许用应力（弹性抗拉强度/安全系数）。M=Pac/LM1960xL,本次设计初定L为1200mm则M=13456N.MbxhxhxhW=，12，初定方管为40x40x5。计算W得出1G，42cm_由于13456/7=i212.35xl04Pa=12.12xl06PaW10.42cm2折算后位270Mpa查的普通碳素结构钢Q235A的抗拉强度为375〜500Mpa，由于270Mpa远远小于375Mpa,所以初定方管满足要求。本次设计的机械零件图如下图1-4所示： 商丘工学院本科生毕业论文（设计）图1-4机架零件图3.2传动轴强度的校核计算按弯扭合成应力校核轴的强度校核轴上承受最大弯矩和扭矩的截面（即危险截面C）的强度，取0=0.6,轴的计算应力恥2+（叫）2=V6丽2+（0.6x9.26,,14.3MPa（3.43）cW0.1X1503选定轴的材料为45钢，调质处理，［^J^eOMPao因此，,故安全。（7）精确校核轴的疲劳强度 ①判断危险截面从应力集中对轴的疲劳强度的影响来看，截而IV和V引起的应力集中最严重，而 商丘工学院本科生毕业论文(设计)V受的弯矩较大；从受载的情况来看，截面C的应力最大，但应力集中不大，故C面不用校核。只需校核截面V。②截面V左侧抗弯截面系数W=0.W3=0.1xl403=274400mm3(3.44)(3.45)抗扭截而系数％=0.2f=0.2xl403=548800mm截面V左侧的弯矩M为M=676785.153x70576L5626570.628Mpa(3.46)截面V上的扭矩T为T,=3200000MPaM626570.628截面上的弯曲应=—==2.28MpaW274400丨r3200000,o^x(n截面上的扭转切应力77=—==5.83MPa548800(3.47)(3.48)轴的材料为45钢，调质处理。=640MPa,=275MPa,r_,=155MPao用插入法求出=2.8,^=0.8x2.8=2.24轴按精车加工，表面质量系数为:凡=凡=0.84轴未经表面强化处理，A,=i固得综合系数为(3.49)=^+--1=2.8+——-1=2.99么凡0.84k11=^+^~1=2,24+oi4_1=2,43碳钢的特性系数(pa=0.1〜0.2取％=0.1 商丘工学院本科生毕业论文（设汁）(pz—0.05〜0.1取外=0.05所以轴在截面V左侧的安全系数为275Kaah+(poGm2.99x2.28+0.1x040.34Sar=-1275Kw…2.43x^+0.05x^2219.02ca40.34x19.02批+Sr2a/40.342+19.022=17.22>5=1.5(3.50)(3.51)(3.52)故该轴在截面V左侧的强度是足够的③截面V右侧抗弯截面系数W二0.W3=O.lxl3O3二219700mm3抗扭截面系数截面V左侧的弯矩M为=0.2J3=0.2x13O3=439400mmA/=676785.153x705761.5626570.628MPa截面V上的扭矩T为T=3200000MPa截面上的弯曲应力^=M=626570^=185Mpa219700截面上的扭转切应力rT=^=3200000=7.28MPar439400截面上由于轴肩而形成的理论应力集中系数~及&因d130-2.05，aT=13轴的材料的敏感系数为qa=0.83，qr=0.87故有效应力集屮系数为r~d—=0.023,130(3.53)ka=1+^(^—1)=1+0.83x(2.05—1)=1.87 商丘工学院本科生毕业论文(设计)心=1+么队-1)=1+0.87x(1.3-1)二1.26轴的截面形状系数为~=0.58轴的材料的敏感扭转剪切尺寸系数为~=0.76综合系数为-l=hE+-L-l=3.41£a(3a0.580.84K-+丄—1二逆+」--1=1.840.760.84所以轴在截面V左侧的安全系数为275aKa(ya+3.41x2.85+0.1x0=28.2927524.9628.29x24.96+5；728.292+24.962=18.72>S=1.5故该轴在截面V左侧的强度是足够的3.3轴承强度的校核计算3.3.1滚动轴承的选择滚动轴承为双列圆锥滚子轴承6204，由文献［2］表39.2-24得C、=862KN，C(，r=1490KN,e=0.83,K丨=0.8。3.3.2寿命验算轴承所受支反力合力rb=^Ir2by+rbz=V629.132+1368.022=1505.74N(4.1)对于双列阅锥滚子轴承，派生轴向力互相抵消。 商丘工学院本科生毕业论文(设计)4=o,FC，F“=712.57N由文献［2］表39.2-24得，^